KR20100028538A - 관찰장치 및 방법 - Google Patents

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KR20100028538A
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fixation lens
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히로토시 데라다
히로시 다나베
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 디바이스(11)의 관찰을 실시하는 경우, 우선 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉한 것이 검지되면, 진동발생부에 의해 고침렌즈(6)를 진동시킨다. 이어서, 고침렌즈(6)로부터의 반사광상을 입력하고, 반사광상의 반사광량(m)을 산출하며, 이 반사광량(m)의 입사광량(n)에 대한 비율(m/n)이 문턱값(A)을 넘지 않은지 여부를 판단한다. 비율(m/n)이 문턱값(A)을 넘어 있을 때는 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 밀착이 얻어져 있지 않다고 판단되어 다시 고침렌즈(6)를 진동시킨다. 비율(m/n)이 문턱값(A)을 넘지 않을 때는 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 밀착이 얻어져 있다고 판단되어 반도체 디바이스(11)의 관찰화상을 취득한다. 이것에 의해, 고침렌즈와 관찰대상물과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 관찰장치 및 방법이 실현된다.

Description

관찰장치 및 방법{OBSERVING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 고침렌즈를 이용하여 관찰대상물을 관찰하는 관찰장치 및 방법에 관한 것이다.
관찰대상물의 화상(畵像)을 확대하는 렌즈로서, 고침렌즈(SIL : Solid I㎜ersion Lens)가 알려져 있다. 고침렌즈는 반구(半球) 형상 또는 바이어슈트라스구(球)(Weierstrass-sphere)로 불리는 초반구 형상을 이루고, 크기가 1㎜ ~ 5㎜정도의 미소(微小) 렌즈이다. 그리고, 이 고침렌즈를 관찰대상물의 표면에 밀착시켜 설치하면, 개구(開口)수(NA) 및 배율이 모두 확대되기 때문에, 높은 공간분해능으로의 관찰이 가능하게 된다.
이와 같은 고침렌즈를 이용한 관찰장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재한 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재한 관찰장치는 대물렌즈를 가지는 현미경과, 대물렌즈의 전단부(前端部)에 암부재를 통하여 연결되고, 대물렌즈의 전면 측에서 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더를 구비하고 있다.
특허문헌 1 : 국제공개 제2005/043210호 팜플렛
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그런데, 상기 종래기술과 같이 고침렌즈를 이용하여 관찰대상물을 관찰할 때에는 고침렌즈와 관찰대상물이 양호하게 밀착되어 있지 않으면 고침렌즈와 관찰대상물과의 광학적 결합(에바넷센트(evanescent) 결합)을 얻기가 어려워진다.
본 발명의 목적은 고침렌즈와 관찰대상물과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 관찰장치 및 방법을 제공하는 것이다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명의 관찰장치는 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과, 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더와, 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 관찰장치를 이용하여 관찰대상물의 관찰을 실시하는 경우에는, 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 관찰대상물에 밀착시키고, 그 상태에서 현미경으로 관찰대상물을 관찰한다. 이 때, 예를 들면 고침렌즈홀더의 렌즈유지면이나 관찰대상물의 가공상태 등에 따라서는 고침렌즈와 관찰대상물과의 양호한 밀착을 얻을 수 없을 수 있다. 이 경우에는 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동발생수단에 의해 진동시킴으로써, 고침렌즈가 관찰대상물의 표면을 따라 밀착하게 된다. 이것에 의해, 고침렌즈와 관찰대상물과의 양호한 밀착을 달성할 수 있다.
본 발명의 관찰방법은 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과, 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더와, 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 관찰장치를 준비하는 공정과, 진동발생수단에 의해 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시킴과 동시에, 고침렌즈를 관찰대상물에 밀착시키는 공정과, 고침렌즈가 관찰대상물에 밀착된 후, 현미경으로 관찰대상물을 관찰하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시킴과 동시에, 고침렌즈를 관찰대상물에 밀착시킴으로써, 예를 들면 고침렌즈홀더의 렌즈유지면이나 관찰대상물의 가공상태 등에 관계없이, 고침렌즈가 관찰대상물의 표면을 따라 밀착하게 된다. 이것에 의해, 고침렌즈와 관찰대상물과의 양호한 밀착을 달성할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 고침렌즈와 관찰대상물과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 고침렌즈와 관찰대상물과의 적절한 광학적 결합(에바넷센트 결합)을 얻는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 관한 관찰장치의 일실시형태인 반도체 검사장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 현미경의 대물렌즈 및 고침렌즈홀더의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 대물렌즈 및 고침렌즈홀더의 사시도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 홀더본체의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 고침렌즈가 렌즈유지부에 보유 지지되어 있는 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 도 2에 나타낸 대물렌즈소켓의 단면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 대물렌즈소켓의 평면도, 측면도(일부 단면을 포함한다) 및 이면도(裏面圖)이다.
도 8은 도 6에 나타낸 부재위치 검출부의 구성도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 부재위치 검출부 및 고침렌즈홀더의 동작을 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 1에 나타낸 해석부의 기능 블럭도이다.
도 11은 반도체 디바이스의 관찰화상을 취득할 때에 해석부에 의해서 실행되는 처리순서의 상세를 나타내는 플로우챠트이다.
도 12는 변형예로서 다른 고침렌즈홀더를 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 렌즈유지부재에 고침렌즈가 보유 지지되어 있는 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 14는 변형예로서 또 다른 고침렌즈홀더를 대물렌즈와 함께 나타내는 사시도이다.
<부호의 설명>
1 … 반도체 검사장치(관찰장치), 3 … 고감도 카메라(화상취득수단), 4 … LSM 유니트(조명수단, 접촉검지수단, 화상취득수단), 5 … 현미경, 6 … 고침렌즈, 8 … 홀더본체, 11 … 반도체 디바이스(관찰대상물), 20 … 광학계, 21 … 대물렌즈, 32 … LSM 컨트롤러(접촉검지수단, 화상취득수단), 33 … 페리퍼럴 컨트롤러(진동제어수단), 41 … 화상해석부, 41a … 화상입력부(화상취득수단), 41c … 휘도값 산출부(해석수단), 41d … 입사광량 취득부(해석수단), 41e … 문턱값 기억부(해석수단), 41f … 광학적 결합 판정부(해석수단), 42 … 지시부(진동제어수단, 접촉검지수단), 60 … 렌즈유지부(진동발생수단), 110 … 부재위치 검출부(접촉검지수단), 120 … 진동발생부(진동발생수단), 200 … 고침렌즈홀더.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 도면과 함께 본 발명에 관한 관찰장치 및 방법의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일 부호를 부여하여, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 관한 관찰장치의 일실시형태인 반도체 검사장치를 나타내는 구성도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 반도체 검사장치의 주요부의 하나인 현미경의 대물렌즈 및 고침렌즈홀더의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 대물렌즈 및 고침렌즈홀더의 사시도이다. 또한, 도 2에서는 시료의 관찰시 상태를 나타내고 있다. 이하의 설명에서는, 고침렌즈에 대해서, 대물렌즈 측을 위쪽으로 하고, 시료 측을 아래쪽으로 하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 반도체 검사장치(1)는, 예를 들면 시료(10)인 몰드형 반도체 디바이스가 가지는 반도체 디바이스(11)를 관찰대상물로 하고, 반도체 디바이스(11)의 화상을 취득하여 그 내부 정보를 검사하는 검사장치이다.
「몰드형 반도체 디바이스」란, 반도체 디바이스(11)가 수지(12)로 몰드된 것이다. 또, 「내부 정보」로서는 반도체 디바이스의 회로패턴이나 반도체 디바이스로부터의 미약(微弱) 발광이 포함된다. 이 미약 발광으로서는 반도체 디바이스의 결함에 근거하는 이상 개소에 기인하는 것이나, 반도체 디바이스 중의 트랜지스터의 스위칭 동작에 수반하는 트랜션트(transient) 발광 등을 들 수 있다. 또한, 반도체 디바이스의 결함에 근거하는 발열도 포함된다.
시료(10)는 수지(12) 내에 매설된 반도체 디바이스(11)의 이면이 노출되도록 수지(12)가 절삭된 상태로 관찰부(A)에 설치된 스테이지(2) 위에 반도체 디바이스(11)의 이면이 위를 향하도록 얹힌다. 이와 같이, 시료(10)의 일부를 절삭하여 반도체 디바이스(11)의 이면을 노출시키고 있으므로, 반도체 디바이스(11)는 수지(12)가 절삭되어 이루어지는 오목부(13)의 바닥면에 위치하게 된다. 그리고, 검사장치(1)는, 본 실시형태에서는 반도체 디바이스(11)의 도시된 하면(반도체 디바이스(11)의 기판 표면에 형성된 집적회로 등)을 검사한다.
반도체 검사장치(1)는 반도체 디바이스(11)의 관찰을 행하는 관찰부(A)와, 관찰부(A)의 각부의 동작을 제어하는 제어부(B)와, 반도체 디바이스(11)의 검사에 필요한 처리나 지시 등을 실시하는 해석부(C)를 구비하고 있다.
관찰부(A)는 반도체 디바이스(11)로부터의 화상을 취득하는 화상취득수단으로서의 고감도 카메라(3) 및 레이저 스캔 광학계(LSM : Laser Scanning Microscope) 유니트(4)와, 고감도 카메라(3) 및 LSM 유니트(4)와 반도체 디바이스(11)와의 사이에 배치되어 대물렌즈(21)를 포함하는 광학계(20)를 가지는 현미경(5)과, 반도체 디바이스(11)의 확대관찰화상을 얻기 위한 고침렌즈(6)(도 2 참조)와, 이들을 직교하는 X-Y-Z방향으로 각각 이동시키는 XYZ 스테이지(7)를 구비하고 있다.
광학계(20)는 상기 대물렌즈(21)에 더하여, 카메라용 광학계(22)와 LSM 유니트용 광학계(23)를 구비하고 있다. 대물렌즈(21)는 배율이 다른 것이 복수 설치되어 변경 가능하게 되어 있다. 또, 대물렌즈(21)는 보정고리(24)를 가지고 있고, 이 보정고리(24)를 조정함으로써 관찰시에 수차(收差) 보정을 실시하는 것이 가능하게 되어 있다. 카메라용 광학계(22)는 대물렌즈(21)를 통한 반도체 디바이스(11)로부터의 광을 고감도 카메라(3)로 유도한다. 이것에 의해, 고감도 카메라(3)는 반도체 디바이스(11)의 회로패턴 등의 화상을 취득한다.
한편, LSM 유니트용 광학계(23)는 LSM 유니트(4)로부터의 적외 레이저광을 빔 스플리터(미도시)에서 대물렌즈(21) 측으로 반사하여 반도체 디바이스(11)로 유도함과 동시에, 대물렌즈(21)를 통과하여 고감도 카메라(3)로 향하는 반도체 디바이스(11)로부터의 반사 레이저광을 LSM 유니트(4)로 유도한다.
LSM 유니트(4)는 적외 레이저광을 X-Y방향으로 주사(走査)하여 반도체 디바이스(11) 측에 출사하는 조명수단을 구성하는 한편으로, 반도체 디바이스(11)로부터의 반사광을 광검출기(미도시)로 검출한다. 이 검출광의 강도는 반도체 디바이스(11)의 회로패턴을 반영한 강도로 되어 있다. 따라서, LSM 유니트(4)는 적외 레 이저광이 반도체 디바이스(11)를 X-Y 주사함으로써, 반도체 디바이스(11)의 회로패턴 등의 화상을 취득한다.
또, XYZ 스테이지(7)는 고감도 카메라(3), LSM 유니트(4), 현미경(5) 및 고침렌즈(6) 등을 X-Y방향(수평방향 ; 관찰대상물인 반도체 디바이스(11)에 대해서 평행을 이루는 방향) 및 이것에 직교하는 Z방향(수직방향)의 각각에 필요에 따라서 이동하기 위한 것이다.
제어부(B)는 카메라 컨트롤러(31)와, 레이저 스캔(LSM) 컨트롤러(32)와, 페리퍼럴(peripheral) 컨트롤러(33)를 구비하고 있다. 카메라 컨트롤러(31) 및 LSM 컨트롤러(32)는 고감도 카메라(3) 및 LSM 유니트(4)의 동작을 각각 제어함으로써, 관찰부(A)에서 행해지는 반도체 디바이스(11)의 관찰의 실행(화상의 취득)이나 관찰조건의 설정 등을 제어한다.
페리퍼럴 컨트롤러(33)는 XYZ 스테이지(7)의 동작을 제어함으로써, 반도체 디바이스(11)의 관찰위치에 대응하는 위치로의 고감도 카메라(3), LSM 유니트(4) 및 광학계(20) 등의 이동, 위치 맞춤, 초점 맞춤 등을 제어한다. 이 때, 페리퍼럴 컨트롤러(33)는 고침렌즈홀더(200)에 장착된 여러 가지의 센서 등의 검출결과에 따라 XYZ 스테이지(7)의 동작을 제어한다. 또, 페리퍼럴 컨트롤러(33)는 대물렌즈(21)에 장착된 보정고리 조정용 모터(25)를 구동하여 보정고리(24)를 조정한다.
또한, 페리퍼럴 컨트롤러(33)는 고침렌즈홀더(200)에 장착된 진동모터(140)의 구동을 제어한다. 진동모터(140)를 포함하는 고침렌즈홀더(200)에 대해서는 뒤에 상세히 설명한다.
해석부(C)는 화상해석부(41)와 지시부(42)를 구비하고, 컴퓨터로 구성되어 있다. 화상해석부(41)는 카메라 컨트롤러(31) 및 LSM 컨트롤러(32)로부터의 화상정보에 대해서 필요한 해석처리 등을 실시한다. 지시부(42)는 조작자로부터의 입력내용이나 화상해석부(41)에 의한 해석내용 등을 참조하여, 제어부(B)를 통하여 관찰부(A)에서의 반도체 디바이스(11)의 검사의 실행에 관한 필요한 지시를 행한다. 또, 해석부(C)에 의해 취득 또는 해석된 화상, 데이터 등은 필요에 따라서 해석부(C)에 접속된 표시장치(43)에 표시된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고침렌즈(6)는 반구 형상의 미소 렌즈이고, 외부(예를 들면, 현미경(5)의 대물렌즈(21))에 대한 광의 입출력면이 됨과 동시에 구면 형상으로 형성된 상면(6a)과, 반도체 디바이스(11)에 대한 장착면이 됨과 동시에 평면 형상으로 형성된 바닥면(6b)을 가진다. 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)이 반도체 디바이스(11)의 관찰위치(도에서 상면)에 밀착함으로써, 이측(裏側)이 되는 반도체 디바이스(11)의 표면(도에서 하면)의 확대관찰화상이 얻어진다.
구체적으로는, 고침렌즈(6)는 반도체 디바이스(11)의 기판재료와 실질적으로 동일 또는 그 굴절률에 가까운, 고굴절률 재료로 이루어진다. 그 대표적인 예로서는, Si, GaP, GaAs 등을 들 수 있다. 이와 같은 미소한 고침렌즈(6)를 반도체 디바이스(11)의 기판표면에 광학 밀착시킴으로써, 반도체 기판 자신을 고침렌즈(6)의 일부로서 이용한다. 고침렌즈(6)를 이용한 반도체 디바이스(11)의 이면(裏面)해석에 의하면, 대물렌즈(21)의 초점을 반도체 기판표면에 형성된 집적회로에 맞추었을 때에, 고침렌즈(6)의 효과에 의해, 기판 중에 NA가 높은 광속(光束)을 통과시키는 것이 가능하게 되어 고분해능화를 기대할 수 있다.
고침렌즈(6)의 렌즈 형상은 수차가 없어지는 조건에 의해서 정해지는 것이다. 반구 형상을 가지는 고침렌즈(6)에서는 그 구심(球心)이 초점이 된다. 이 때, 개구수(NA) 및 배율은 모두 n배가 된다. 또한, 고침렌즈(6)의 형상은 반구 형상으로 한정되지 않고, 예를 들면, 바이어슈트라스 형상의 것이라도 된다.
고침렌즈홀더(200)는 그와 같은 고침렌즈(6)를 대물렌즈(21)에 대해서 바람직하게 보유 지지하는 것이다. 고침렌즈홀더(200)는 홀더본체(8)와, 이 홀더본체(8)를 대물렌즈(21)의 전단부에 장착하기 위한 대물렌즈소켓(9)을 구비하고 있다.
도 4는 홀더본체(8)의 분해 사시도이다. 도 2 ~ 도 4에 나타내는 바와 같이, 홀더본체(8)는 원판 모양의 대물렌즈캡(50)과, 이 대물렌즈캡(50)의 중심으로부터 대물렌즈캡(50)에 대략 직교하는 방향으로 연장해 있는 렌즈유지부(60)를 가진다. 도 4에 나타낸 화살표 A1의 방향에서 본 경우, 홀더본체(8)의 외형은 대략 T자 모양으로 되어 있다.
대물렌즈캡(50)은 대물렌즈소켓(9)(도 2 참조)에 나사 맞춤하는 둘레벽(51)을 가지고 있고, 대물렌즈소켓(9)을 통하여 대물렌즈(21)의 선단부에 장착된다. 또, 대물렌즈캡(50)을 형성하는 바닥판(52)은 광속을 통과시키기 위한 3의 개구(53)를 가진다. 각 개구(53)는 LSM 유니트(4)로부터 출력된 광을 고침렌즈(6) 측으로 통과시킴과 동시에, 반도체 디바이스(11)에 의해서 반사되어 고침렌즈(6)로부터 출력된 광을 대물렌즈(21) 측으로 통과시킨다. 각 개구(53)는 대략 부채모양을 이루며, 대물렌즈캡(50)의 중심에 대해 서로 동심상에서 둘레방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 이것에 의해서, 서로 인접하는 개구(53, 53) 사이에는 렌즈유지부(60)와 바닥판(52)을 연결함과 동시에, 대물렌즈캡(50)의 중심으로부터 방사상으로 연장하는 3개의 연결부(54)가 등간격으로 형성되게 된다.
렌즈유지부(60)는 3개의 연결부(54)의 교차 부분으로부터 대물렌즈캡(50)에 대략 직교하는 방향(대물렌즈(21)의 광축(L) 방향)으로 연장해 있는 렌즈유지부재(61)와, 원통 형상의 렌즈커버(63)를 가진다. 렌즈유지부재(61)는 각 연결부(54) 위에 위치함과 동시에, 고침렌즈(6)를 받는 3개의 유지편(62)으로 이루어진다. 각 유지편(62)은 렌즈유지부재(61)의 중심선에 대해서 방사상으로 배치됨과 동시에, 폭(d)이 렌즈유지부재(61)의 중심선을 향함에 따라 좁아지는 테이퍼 형상을 가지고 있다.
각 유지편(62)의 선단부(대물렌즈캡(50)과 반대 측의 단부)에는 고침렌즈(6)의 상면(6a)의 곡률과 대략 동일한 곡률을 가지는 렌즈받이면(62a)이 각각 형성되어 있고, 렌즈유지부재(61)는 3개의 렌즈받이면(62a)에 의해서 고침렌즈(6)를 안정적으로 받게 된다. 또, 각 유지편(62)의 선단부에는 렌즈커버(63)를 고정하기 위한 클로(claw)부(62b)가 각각 형성되어 있다. 렌즈커버(63)는 바닥판(64)을 가지고 있고, 바닥판(64)의 주연부에는 클로부(62b)에 끼워 맞춰지는 둘레벽(65)이 형성되어 있다. 바닥판(64)에는 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)을 외측(시료(10) 측)으로 돌출시키기 위한 개구(64a)가 형성되어 있다.
도 5는 고침렌즈(6)가 렌즈유지부(60)에 보유 지지되어 있는 상태를 나타내 는 확대 단면도이다. 이 구성에서는 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)과 렌즈커버(63)와의 사이에 고침렌즈(6)를 배치하고 나서, 접착제 등으로 렌즈커버(63)를 렌즈유지부재(61)에 고정함으로써, 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)이 개구(64a)로부터 돌출한 상태로 고침렌즈(6)가 렌즈받이면(62a)과 렌즈커버(63)와의 사이에 수용·유지되게 된다.
고침렌즈(6)가 렌즈유지부(60)에 보유 지지되어 있는 상태에서는 고침렌즈(6)의 상면(6a)과 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)과의 사이에는 틈새(간격)(클리어런스(clearance))가 형성되어 있다. 이 때문에, 고침렌즈(6)는 렌즈유지부(60)에 대해서 고정되지 않고, 자유로운 상태로 보유 지지되게 된다. 이것에 의해, 고침렌즈(6)는 렌즈유지부재(61)에 대해서 자유롭게 움직이는 것이 가능하게 된다.
고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉하고 있지 않은 상태에서는, 고침렌즈(6)는 렌즈커버(63)의 바닥판(64)에 자중(自重) 방향으로 지지되게 된다. 한편, XYZ 스테이지(7)의 조작에 의해서 대물렌즈(21)가 그 광축(L) 방향으로 이동되게 함으로써, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉한 상태에서는, 고침렌즈(6)의 상면(6a)이 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)에 접촉하여, 고침렌즈(6)가 렌즈커버(63)의 바닥판(64)로부터 떨어진 상태로 보유 지지되게 된다. 이 때, 고침렌즈(6)는 렌즈유지부재(61)에 대해서 자유로운 상태로 보유 지지되어 있기 때문에, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉할 때에는 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)이 반도체 디바이스(11)의 이면을 따라서 밀착하기 쉬워진다.
고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)가 접촉한 상태에서는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 고침렌즈(6)의 상면(6a)의 정상이 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)에 1점에서 접촉할 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 고침렌즈(6)가 당해 접촉점을 중심으로 하여 렌즈유지부재(61)에 대해서 충분히 움직이게 되기 때문에, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 양호한 면접촉을 얻을 수 있다.
다만, 렌즈받이면(62a)은 만곡(彎曲) 모양(R자 모양)을 이루고 있기 때문에, 렌즈받이면(62a)의 가공정밀도를 올리는 것은 지극히 곤란하며, 렌즈받이면(62a)의 곡률 반경에 가공오차가 생기는 것은 피할 수 없다. 이 때문에, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)가 접촉한 상태에서는, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고침렌즈(6)의 상면(6a)의 복수 부분이 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)에 접촉하는 경우가 있다.
고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉한 상태에서, 포커스 위치의 조정 등에 의해서 더욱 고침렌즈(6)가 눌러 내려지면, 고침렌즈(6)로부터 가해지는 힘에 의해서 반도체 디바이스(11)가 손상될 우려가 있다. 그래서, 홀더본체(8)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 연결부(54)에 가해지는 응력을 검출하는 검출응력 검지센서(S)를 각각 가지는 것이 바람직하다. 각 응력 검지센서(S)는 페리퍼럴 컨트롤러(33)에 전기적으로 접속되어 있고, 응력 검지센서(S)에 의해 소정의 응력 이상의 힘이 검지되면, 페리퍼럴 컨트롤러(33)가 XYZ 스테이지(7)의 구동을 정지시킨다. 이것에 의해서, 소정의 부하 이상의 힘이 반도체 디바이스(11)에 가해지지 않게 되 어 있다.
도 6은 대물렌즈소켓(9)의 단면도이다. 도 2 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 대물렌즈소켓(9)은 대물렌즈(21)의 대물렌즈경통(26)의 선단부(전단부)에 끼워 맞춰지는 원통 형상의 베이스부(70)와, 이 베이스부(70)에 끼워 맞춰지는 가동부재(80)를 가진다.
도 7의 (a)는 베이스부(70) 및 가동부재(80)를 대물렌즈(21) 측에서 본 도면이고, 도 7의 (b)는 베이스부(70) 및 가동부재(80)의 측면도이며, 도 7의 (c)는 베이스부(70) 및 가동부재(80)를 시료(10) 측에서 본 도면이다. 도 7에서는 베이스부(70)에 가동부재(80)가 끼워 맞춰진 상태를 나타내고 있지만, 연결핀 등의 도시는 생략하고 있다.
도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 베이스부(70) 및 가동부재(80)는 각각 바닥판(71, 81)을 가지고 있고, 이 바닥판(71, 81)의 중심 측에는 대물렌즈(21)로부터 출력되는 광속 또는 대물렌즈(21)로 입사되는 광속을 통과시키기 위한 원형의 개구(72, 82)가 각각 형성되어 있다. 개구(72, 82)의 직경은 광속을 차단하지 않는 크기이면 되고, 개구(82)의 직경은 개구(72)의 직경보다도 크게 되어 있다. 베이스부(70)의 개구(72)의 주위에는 복수의 관통구멍(73)이 형성되어 있고, 베이스부(70)는 관통구멍(73)을 통하여 대물렌즈(21)의 대물렌즈경통(26)에 나사 고정된다.
바닥판(71, 81)의 주연부에는 둘레벽(74, 83)이 각각 형성되어 있다. 둘레벽(74)의 내경은 대물렌즈경통(26)의 선단부의 외경과 동일하며, 베이스부(70)는 대물렌즈(21)의 대물렌즈경통(26)의 선단부에 끼워 맞춰져 장착된다.
또, 둘레벽(74)의 외경과 둘레벽(83)의 내경은 동일하고, 가동부재(80)는 베이스부(70)에 끼워 맞춰지도록 되어 있다. 그리고, 둘레벽(74)의 외면과 둘레벽(83)의 내면은 슬라이딩 접촉하고 있고, 그 결과로써, 가동부재(80)는 베이스부(70)에 대해서 광축(L) 방향으로 슬라이딩 가능하다. 둘레벽(83)의 외경(가동부재(80)의 외경)은 대물렌즈캡(50)(도 2 참조)의 둘레벽(51)의 내경과 동일하다. 그리고, 가동부재(80)의 바닥판(81) 측의 단부의 외주면에는 대물렌즈캡(50)의 둘레벽(51)을 나사 맞춤시키기 위한 나사홈(84)(도 7의 (b) 참조)이 형성되어 있어, 가동부재(80)에 대물렌즈캡(50)이 장착되도록 되어 있다.
가동부재(80)의 둘레벽(83)에는 서로 대향하는 한 쌍의 관통구멍(85)이 형성되어 있고, 베이스부(70)의 둘레벽(74)에서 각 관통구멍(85)과 각각 대응하는 위치에 형성된 관통구멍(75)에 핀(P1)을 삽입함으로써, 가동부재(80)는 베이스부(70)에 연결된다. 관통구멍(85)은 광축(L) 방향의 길이가 둘레방향의 길이보다도 긴 타원 형상을 가지고 있고, 관통구멍(85)의 둘레방향의 길이는 핀(P1)의 외경과 거의 동일하다. 그 결과, 가동부재(80)는, 광축(L) 방향에 대해서는 타원 형상의 광축(L) 방향의 길이만큼 베이스부(70)에 대해서 가동할 수 있고, 둘레방향에 대해서는 회전이 방지되게 된다.
베이스부(70)와 가동부재(80)는 베이스부(70)의 둘레벽(74)의 바닥면에 형성된 3개의 스프링 수용홈(76)에 각각 수용된 스프링(100)을 사이에 두고 끼워 맞춰진다. 또한, 도 2에서는 스프링 수용홈(76)과 관통구멍(85)을 동일한 단면에 표시 하고 있지만, 이러한 배치 관계는 실제로는 다르며, 실제의 배치는 도 7에 도시되어 있다. 스프링 수용홈(76)의 깊이는 스프링(100)의 자연상태의 길이보다도 짧기 때문에, 스프링(100)의 선단부는 스프링 수용홈(76)으로부터 돌출한다.
따라서, 베이스부(70)에 가동부재(80)가 끼워 맞춰진 상태에서는, 스프링(100)의 양단부는 각각 스프링 수용홈(76)의 바닥면(76a)(도 6 중의 위쪽 면) 및 가동부재(80)의 바닥판(81)에 맞닿아, 가동부재(80)를 광축(L) 방향으로 가압하게 된다. 이것에 의해서, 반도체 디바이스(11)를 관찰할 때에는, 고침렌즈(6)는 반도체 디바이스(11)에 가압되어 밀착되게 된다.
여기서, 스프링(100)에 의한 가압력이 너무 강하면, 전술한 바와 같이 반도체 디바이스(11)가 손상될 우려가 있다. 그 때문에, 대물렌즈소켓(9)은, 도 2 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 베이스부(70)에 대한 가동부재(80)의 광축(L) 방향에서의 위치(부재 위치)를 검출하는 부재위치 검출부(110)를 가진다.
도 8은 부재위치 검출부(110)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8은 도 6의 화살표 A2의 방향에서 본 상태를 나타내고 있고, 홀더본체(8)를 장착한 상태의 도면이다. 도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 부재위치 검출부(110)는 센서유지부재(111)와, 이 센서유지부재(111)에 보유 지지된 2개의 근접센서(112, 113)와, 대략 L자 모양의 금속판(114)을 가진다.
센서유지부재(111)는 외형이 대략 직방체(直方體)이고, 베이스부(70)의 둘레벽(74)의 상면에 형성된 나사구멍(77)(도 7의 (a) 참조)에 나사고정되어 있다. 센서유지부재(111)는 근접센서(112, 113)의 선단부가 센서유지부재(111)로부터 돌출 하도록 근접센서(112, 113)를 보유 지지하고 있다.
금속판(114)은 가동부재(80)의 둘레벽(83)의 상면에 형성된 나사구멍(86)(도 7의 (a) 참조)에 나사고정되어 있고, 가동부재(80)에 맞추어 광축(L) 방향으로 움직이게 된다. 그리고, 금속판(114)은 그 일부(광축(L) 방향으로 연장하는 부분)가 근접센서(112, 113)와 대면하도록 배치되어 있다.
근접센서(112, 113)는 광축(L) 방향으로 서로 높이가 달라 광축(L)과 직교하는 방향으로 병렬로 배치된 상태에서 센서유지부재(111)에 보유 지지되어 있다. 근접센서(112, 113)는 페리퍼럴 컨트롤러(33)(도 1 참조)에 전기적으로 접속되어 있고, 금속판(114)이 가까워지는(도 6 중 위쪽으로 이동한다) 것에 의한 자계(磁界)의 변화에 의해서 금속판(114)을 검출함으로써, 베이스부(70)에 대한 가동부재(80)의 위치를 검출한다.
근접센서(112)는 베이스부(70)와 가동부재(80)와의 사이에 배치된 스프링(100)이 자연상태의 길이로부터 줄어들기 시작했을 때에 금속판(114)과 대면하도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉했을 때에 근접센서(112)는 금속판(114)을 검출하게 된다. 이 때문에, 근접센서(112)는 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 접촉개시위치에 대응하는 가동부재(80)의 위치를 검출하는 센서로서 기능한다.
또, 근접센서(113)는 근접센서(112)보다도 위쪽에 배치되어 있고, 고침렌즈(6)를 통한 스프링(100)에 의한 반도체 디바이스(11)로의 가압을 정지시키기 위한 가동부재(80)의 위치를 검출한다. 즉, 근접센서(113)는 반도체 디바이스(11)에 손상을 주지 않는 범위의 최대의 가압력을 일으키도록 하는 가동부재(80)의 베이스부(70)에 대한 위치를 검출할 수 있도록 근접센서(112)보다도 위쪽에 배치되어 있다.
여기서, 도 9를 참조하여, 부재위치 검출부(110)의 동작에 대해 설명한다. 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 먼저, 페리퍼럴 컨트롤러(33)에 의해서 대물렌즈(21)의 포커스 위치의 조정이 실시되고 있을 때, 대물렌즈(21)에 수반하여 대물렌즈소켓(9)이 반도체 디바이스(11) 측으로 눌러 내려지면, 고침렌즈(6)는 반도체 디바이스(11)에 접촉하게 된다.
고침렌즈(6)는 가동부재(80)에 장착된 홀더본체(8)에 보유 지지되어 있으므로, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉함으로써 가동부재(80)는 베이스부(70) 측으로 밀리고, 그 결과로써, 금속판(114)도 위쪽으로 이동하므로, 근접센서(112)가 금속판(114)을 검출한다. 즉, 반도체 디바이스(11)로의 고침렌즈(6)의 접촉이 검출된다. 근접센서(112)의 검출결과는 페리퍼럴 컨트롤러(33)를 통하여 지시부(42)에 입력되어, 조작자(관찰자)에게 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉한 것을 알린다.
그리고, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 대물렌즈(21)가 반도체 디바이스(11) 측으로 더욱 눌러 내려진 상태(즉, 대물렌즈소켓(9)이 눌러 내려진 상태)에서는, 근접센서(112)는 금속판(114)을 검출하고 있는 취지의 검출결과를 계속 출력하고 있고, 근접센서(113)가 금속판(114)을 검출하고 있지 않은 상태에서는 계속하여 포커스 위치의 조정이 실시된다.
또, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 대물렌즈소켓(9)이 반도체 디바이스(11) 측으로 더욱 눌러 내려져, 근접센서(113)가 금속판(114)을 검출했을 때, 페리퍼럴 컨트롤러(33)는 대물렌즈(21)의 눌러 내림을 정지한다. 이것에 의해서, 설정한 가압력 이상의 부하가 반도체 디바이스(11)에 가해지지 않으므로, 포커스 위치의 조정 등에 의해서 반도체 디바이스(11)가 손상되는 것이 억제되게 된다.
그런데, 상술한 바와 같이, 홀더본체(8)에서의 렌즈유지부재(61)의 렌즈받이면(62a)의 가공상태에 따라서는 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉했을 때에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 고침렌즈(6)의 복수 개소가 렌즈받이면(62a)에 접촉하는 경우가 있고, 이 경우에는 고침렌즈(6)가 움직이기 어려워진다. 또, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉했을 때에, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 고침렌즈(6)의 상면(6a)이 렌즈받이면(62a)에 1점 접촉상태가 되어 있는 경우에서도, 예를 들면 렌즈받이면(62a)에 생긴 버(burr)나 먼지 등에 의해서 고침렌즈(6)의 자유로운 움직임이 방해되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 밀착성이 불충분하게 되어 버릴 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태의 반도체 검사장치(1)는 고침렌즈(6)를 반도체 디바이스(11)에 확실히 밀착시킬 수 있도록, 도 2, 도 3 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 고침렌즈홀더(200)의 홀더본체(8)를 진동시키는 진동발생부(120)를 더 구비하고 있다.
진동발생부(120)는 대략 L자 모양의 모터유지부재(130)와, 이 모터유지부재(130)에 보유 지지·고정된 진동모터(140)(전술)를 가진다. 진동모터(140)는 페 리퍼럴 컨트롤러(33)(도 1 참조)에 전기적으로 접속되어 있다.
모터유지부재(130)는, 예를 들면 대물렌즈소켓(9)에서의 베이스부(70)의 둘레벽(74)의 상면에 형성된 나사구멍(77)(도 7의 (a) 참조)에 나사고정되어 있다. 또, 모터유지부재(130)는 진동모터(140)가 모터유지부재(130)를 수평방향(반도체 디바이스(11)에 대해서 평행한 방향)으로 관통하도록 진동모터(140)를 보유 지지하고 있다. 즉, 진동모터(140)는 그 출력축(141)이 수평방향으로 연장해 있도록 모터유지부재(130)에 보유 지지되게 된다.
진동모터(140)의 출력축(141)에는 추(142)가 장착되어 있다. 이 추(142)는 원통 형상은 아니고 단면 대략 L자 모양을 가지고 있으며, 출력축(141)에 대해서 편심하여 중량적으로 언밸런스한 구조로 되어 있다. 이와 같은 구조에 의해서, 진동모터(140)의 출력축(141)을 고속으로 회전 구동시키면, 진동모터(140)를 보유 지지한 모터유지부재(130)에 진동이 발생하게 된다. 즉, 출력축(141)에 대해서 중량적으로 편심된 구조의 추(142)는 진동을 일으키게 하는 진동자로서 기능하는 것이다.
이와 같은 진동발생부(120)에서 발생한 진동은 대물렌즈소켓(9)의 베이스부(70)를 통하여 홀더본체(8)에 전해지고, 홀더본체(8)의 홀더유지부(60)로부터 고침렌즈(6)에 전해진다. 그리고, 고침렌즈(6)가 홀더유지부(60)에 대해서 흔들리게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 고침렌즈(6)의 자유로운 움직임이 방해되고 있어도 그것이 고침렌즈(6)의 진동에 의해서 강제적으로 제거되게 된다.
여기서, 진동발생부(120)와, 홀더본체(8)의 렌즈유지부(60)의 구조, 즉 고침 렌즈(6)를 자유로운 상태로 유지하는 구조는 고침렌즈홀더(200)에 보유 지지된 고침렌즈(6)를 진동시키는 진동발생수단을 구성하는 것이다.
진동발생부(120)의 진동모터(140)는 해석부(C)로부터의 지시에 의해 페리퍼럴 컨트롤러(33)를 통하여 제어된다. 도 10은 해석부(C)의 기능 블록을 나타내는 도면이다. 도 10에 있어서, 해석부(C)의 화상해석부(41)는 화상입력부(41a)와, 화상기억부(41b)와, 휘도값 산출부(41c)와, 입사광량 취득부(41d)와, 문턱값 기억부(41e)와, 광학적 결합 판정부(41f)를 가진다.
화상입력부(41a)는 고감도 카메라(3)에 의해 취득된 반도체 디바이스(11)의 발광 화상 등의 관찰화상을 카메라 컨트롤러(31)를 통하여 입력한다. 또, 화상입력부(41a)는 LSM 유니트(4)에 의해 취득된 반도체 디바이스(11)로부터의 회로패턴의 반사광의 상(像)(반사광상)이나, 고침렌즈(6)로부터의 반사광상을 LSM 컨트롤러(32)를 통하여 입력한다. 화상기억부(41b)는 화상입력부(41a)에서 입력된 이러한 관찰화상이나 반사 화상을 기억한다.
휘도값 산출부(41c)는 화상입력부(41a)에서 입력된 반사광상의 휘도값을 산출함으로써, 반사광상의 반사광량(m)을 산출한다. 입사광량 취득부(41d)는 LSM 유니트(4)로부터 출사되어 반도체 디바이스(11)에 입사되는 적외 레이저광의 광량(입사광량)(n)을 LSM 컨트롤러(32)로부터 취득한다.
반사광량(m)을 산출하기 위해서 사용되는 반사광상은 고침렌즈(6)로부터의 반사광상이라도 되고, 반도체 디바이스(11)로부터의 반사광상이라도 된다. 이하, 광학적 결합의 판정에서 고침렌즈(6)로부터의 반사광상의 반사광량(m)을 사용하는 실시형태에 대해 상세히 설명한다.
광학적 결합 판정부(41f)는 입사광량 취득부(41d)에서 취득된 입사광량(n)과 휘도값 산출부(41c)에서 산출된 반사광량(m)에 근거하여, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 결합(에바넷센트 결합)이 얻어져 있는지 여부를 판단한다. 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있는지 여부는 LSM 유니트(4)로부터 출사된 적외 레이저광(입사광)을 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 포커싱(focusing)했을 때에 얻어지는 반사광량에 근거하여 판단된다.
구체적으로는, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어지지 않은 상태에서 입사광을 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 포커싱하면, 그 입사광이 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에서 전(全)반사되기 때문에, 입사광량과 반사광량이 실질적으로 동일하게 된다. 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 접촉면의 일부에서 에바넷센트 결합이 얻어져 있는 상태에서 입사광을 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 포커싱하면, 그 입사광의 일부만이 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에서 반사되기 때문에, 반사광량이 입사광량에 비해 적게 된다. 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 접촉면 전체에서 에바넷센트 결합이 얻어져 있는 상태에서 입사광을 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 포커싱하면, 그 입사광의 대부분이 반도체 디바이스(11)로 투과하기 때문에, 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)으로부터의 반사광이 대부분 발생하지 않는다.
그래서, 광학적 결합 판정부(41f)는 입사광량 취득부(41d)에 의해 얻어진 입사광량(n)과 휘도값 산출부(41c)에 의해 얻어진 반사광량(m)과의 상대 비율(m/n)을 산출하고, 문턱값 기억부(41e)에 미리 기억되어 있는 판정용 문턱값(A)과 상대 비율(m/n)을 비교함으로써, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있는지 여부를 판단한다.
도 11은 반도체 디바이스(11)의 관찰화상을 취득할 때에 해석부(C)에 의해서 실행되는 처리순서의 상세를 나타내는 플로우챠트이다. 이하, 도 11에 나타내는 플로우챠트를 이용하여, 반도체 디바이스(11)를 관찰하는 방법에 대해 설명한다.
우선 XYZ 스테이지(7)를 제어함으로써 대물렌즈(21)를 광축(L) 방향(Z축방향)에 따라서 반도체 디바이스(11) 측으로 이동시켜, 대물렌즈소켓(9)을 반도체 디바이스(11) 측으로 눌러 내린다. 그리고, LSM 유니트(4) 및 페리퍼럴 컨트롤러(33)를 통하여 입력된 부재위치 검출부(110)의 검출값에 근거하여, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉했는지 여부를 검지·판단한다(순서 S101).
고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉했다고 판단되었을 때는 페리퍼럴 컨트롤러(33)로부터의 제어신호에 의해서 진동모터(140)를 구동시킴으로써, 진동발생부(120)에 진동을 발생시킨다(순서 S102). 그러면, 진동발생부(120)에서 발생한 진동이 고침렌즈홀더(200)를 통하여 고침렌즈(6)에 전해져, 고침렌즈(6)가 반도체 디바이스(11)에 접촉한 상태로 고침렌즈(6)가 진동하게 된다.
이어서, LSM 유니트(4)로부터 출사된 적외 레이저광(입사광)을 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 포커싱시켜, 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)으로부터의 반사광상을 LSM 유니트(4) 및 페리퍼럴 컨트롤러(33)를 통하여 입력한다. 그리고, 상술한 바와 같이 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)으로부터의 반사광상의 반사광량(m)을 산출하고, 이 반사광량(m)의 입사광량(n)에 대한 비율(m/n)이 판정용 문턱값(A)을 넘지 않은지 여부를 판단한다(순서 S103).
입사광량(n)에 대한 반사광량(m)의 비율(m/n)이 판정용 문턱값(A)을 넘어 있을 때는 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있지 않다고 판단되며, 순서 S102로 돌아와, 다시 진동발생부(120)에 의해 고침렌즈홀더(200)에 진동을 발생시킴으로써, 고침렌즈(6)를 진동시킨다.
한편, 입사광량(n)에 대한 반사광량(m)의 비율(m/n)이 판정용 문턱값(A)을 넘지 않을 때는 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있다고 판단되고, 페리퍼럴 컨트롤러(33)로부터의 제어신호에 의해서 XYZ 스테이지(7)를 구동함으로써, 반도체 디바이스(11) 내의 소정의 관찰면에 대해서 입사광의 초점 맞춤을 실시한다(순서 S104). 그리고, 고감도 카메라(3)에 의해 촬상하여 얻어진 반도체 디바이스(11)의 관찰화상을 카메라 컨트롤러(31)로부터 취득하고, 그 관찰화상을 화상기억부(41b)에 기억한다(순서 S105). 이상에 의해, 반도체 디바이스(11)의 관찰처리가 종료된다.
여기서, 상기의 순서 S101, S102, S104는 지시부(42)에서 실행된다. 상기의 순서 S103은 화상해석부(41)의 화상입력부(41a), 휘도값 산출부(41c), 입사광량 취득부(41d), 문턱값 기억부(41e), 광학적 결합 판정부(41f)에서 실행된다. 상기의 순서 S105는 화상해석부(41)의 화상입력부(41a) 및 화상기억부(41b)에서 실행된다.
또, 페리퍼럴 컨트롤러(33) 및 지시부(42)(도 11의 순서 S102)는 고침렌즈(6)를 진동시키도록 진동발생수단(120)을 제어하는 진동제어수단을 구성한다. 부 재위치 검출부(110), LSM 유니트(4), LSM 컨트롤러(32) 및 지시부(42)(도 11의 순서 S101)는 관찰대상물(11)로의 고침렌즈(6)의 접촉을 검지하는 접촉검지수단을 구성한다. LSM 유니트(4), LSM 컨트롤러(32) 및 화상해석부(41)의 화상입력부(41a)는 조명수단(4)에 의해 관찰대상물(11)을 향하여 광이 조사되었을 때에, 고침렌즈(6) 또는 관찰대상물(11)로부터의 반사광상을 취득하는 화상취득수단을 구성한다. 화상해석부(41)의 휘도값 산출부(41c), 입사광량 취득부(41d), 문턱값 기억부(41e), 광학적 결합 판정부(41f)는 화상취득수단에 의해 취득된 반사광상을 해석하는 해석수단을 구성한다.
다음으로, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 밀착의 정도의 판정에 있어서, 반사광량(m)으로서 반도체 디바이스(11)로부터의 반사광상을 사용하는 경우에 대해 설명한다.
고침렌즈(6)의 바닥면(6b)으로부터의 반사광상을 사용하는 상기 실시형태에서는, 반사광상을 취득할 때, 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)에 대해서 포커싱하였으나, 반도체 디바이스(11)로부터의 반사광상을 사용하는 경우는 반도체 디바이스(11)의 소정의 관찰면에 대해서 포커싱되었을 때에 얻어지는 반사광상이 사용된다. 그리고, 광학적 결합 판정부(41f)는 입사광량 취득부(41d)에서 취득된 입사광량(n)과 휘도값 산출부(41c)에서 산출된 반사광량(m)에 근거하여, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 결합(에바넷센트 결합)이 얻어져 있는지 여부를 판단한다.
구체적으로는, 상기 실시형태와 마찬가지로, 광학적 결합 판정부(41f)는 입사광량 취득부(41d)에 의해 얻어진 입사광량(n)과 휘도값 산출부(41c)에 의해 얻어 진 반사광량(m)과의 상대 비율(m/n)을 산출하고, 문턱값 기억부(41e)에 미리 기억되어 있는 판정용 문턱값(B)과 상대 비율(m/n)을 비교함으로써, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있는지 여부를 판단한다.
입사광량(n)에 대한 반사광량(m)의 비율(m/n)이 판정용 문턱값(B)을 넘지 않을 때는, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있지 않다고 판단되고, 순서 S102로 돌아와, 다시 진동발생부(120)에 의해 고침렌즈홀더(200)에 진동을 발생시킴으로써, 고침렌즈(6)를 진동시킨다.
한편, 입사광량(n)에 대한 반사광량(m)의 비율(m/n)이 판정용 문턱값(B)을 넘어 있을 때는, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 에바넷센트 결합이 얻어져 있다고 판단되고, 페리퍼럴 컨트롤러(33)로부터의 제어신호에 의해서 XYZ 스테이지(7)를 구동함으로써, 반도체 디바이스(11) 내의 소정의 관찰면에 대해서 입사광의 초점 맞춤을 행한다(순서 S104). 그리고, 고감도 카메라(3)에 의해 촬상하여 얻어진 반도체 디바이스(11)의 관찰화상을 카메라 컨트롤러(31)로부터 취득하며, 그 관찰화상을 화상기억부(41b)에 기억한다(순서 S105). 이상에 의해, 반도체 디바이스(11)의 관찰처리가 종료한다.
이상과 같이 본 실시형태에 있어서는, 고침렌즈홀더(200)를 진동시키는 진동발생부(120)를 설치함으로써, 고침렌즈(6)를 진동시키면서 반도체 디바이스(11)에 밀착시킬 수 있다. 이것에 의해, 고침렌즈(6)의 자유로운 움직임이 저해되는 것이 방지되어, 고침렌즈(6)의 바닥면(6b)이 반도체 디바이스(11)의 이면을 따르도록 밀착하게 되기 때문에, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)를 충분히 밀착시킬 수 있 다. 그 결과, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 광학적 에바넷센트 결합이 확실히 얻어지게 되기 때문에, 반도체 디바이스(11)의 고정밀도의 관찰을 실시하는 것이 가능하게 된다.
또, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 양호한 광학적 밀착(에바넷센트 결합)이 달성될 때까지, 진동발생부(120)에 의한 고침렌즈홀더(200)의 진동처리를 자동적으로 실시하도록 함으로써, 조작자의 편리성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 상기 실시형태에서는, 홀더본체(8)의 외형이 대략 T자 모양을 이루고 있지만, 예를 들면 도 12에 나타내는 홀더본체(160)를 이용해도 된다. 홀더본체(160)는 고침렌즈(6)를 정점으로 하여 대물렌즈(21) 측으로 향하여 외경이 넓어진 테이퍼 형상의 렌즈유지부재(161)와, 상기의 렌즈커버(63)를 가진다. 이 경우에서도, 고침렌즈(6)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 그 바닥면(6b)이 렌즈커버(63)의 개구(64a)로부터 돌출하도록 렌즈유지부재(161)에 대해서 자유로운 상태로 보유 지지된다.
또, 상기 실시형태에서는 고침렌즈홀더(200)가 대물렌즈(21)의 전단부에 장착되는 구성으로 하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 그 외의 변형예로서, 고침렌즈(6)를 대물렌즈(21)와 관찰대상물과의 사이(대물렌즈(21)의 전면 측)에 있고, 또한 대물렌즈(21)의 광축상에 배치 가능하게 구성되는 고침렌즈홀더를 들 수 있다. 이 경우, 고침렌즈홀더는, 예를 들면 매니퓰레이터(manipulator)에 의해 삽 탈(揷脫) 가능하게 지지되고, 진동발생부는 고침렌즈홀더 또는 매니퓰레이터에 장착된다.
또, 상기 실시형태에서는, 진동모터(140)는 그 출력축(141)이 수평방향으로 연장하도록 모터유지부재(130)에 보유 지지되어 있지만, 도 14에 나타내는 바와 같이, 진동모터(140)의 출력축(141)이 수직방향으로 연장하는 구조로 하여도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 진동발생부(120)가 고침렌즈홀더(200)의 대물렌즈소켓(9)에 장착되어 있지만, 가능하면, 홀더본체(8)나 대물렌즈(21)의 대물렌즈경통(26) 등에 진동발생부(120)를 장착하여도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 진동모터(140)의 자동제어에 의해서 고침렌즈(6)를 진동시키도록 하였으나, 반도체 디바이스(11)의 관찰방법으로서는, 특히 그러한 전자동식에 한정되지 않고, 고침렌즈(6)와 반도체 디바이스(11)와의 양호한 광학적 밀착을 얻지 못하고 있다고 관찰자가 판단한 경우에 관찰자 자신이 메뉴얼 조작에 의해 진동모터(140)를 ON/OFF 시켜도 된다.
또한, 상기 실시형태는 반도체 디바이스(11)의 관찰화상을 취득하여 검사를 실시하는 것이지만, 반도체 이외의 시료를 관찰대상물로 해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
여기서, 상기 실시형태에 의한 관찰장치에서는 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과, 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더와, 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 구성을 이용하고 있다.
또, 상기 실시형태에 의한 관찰방법에서는 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과, 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더와, 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 관찰장치를 준비하는 공정과, 진동발생수단에 의해 고침렌즈홀더에 보유 지지된 고침렌즈를 진동시킴과 동시에, 고침렌즈를 관찰대상물에 밀착시키는 공정과, 고침렌즈가 관찰대상물에 밀착된 후, 현미경에 의해 관찰대상물을 관찰하는 공정을 포함한 구성을 이용하고 있다.
상기한 관찰장치는, 바람직하게는, 고침렌즈를 진동시키도록 진동발생수단을 제어하는 진동제어수단을 더 구비한다. 이 경우에는 진동발생수단에 의한 고침렌즈의 진동처리를 자동적으로 행할 수 있다. 따라서, 관찰자의 부담을 대폭으로 경감하는 것이 가능하게 된다.
이 때, 관찰장치는, 바람직하게는, 관찰대상물로의 고침렌즈의 접촉을 검지하는 접촉검지수단을 더 구비하고, 진동제어수단은 접촉검지수단에 의해 관찰대상물로의 고침렌즈의 접촉이 검지되었을 때에, 고침렌즈를 진동시키도록 진동발생수단을 제어한다. 이 경우에는, 고침렌즈가 관찰대상물에 접촉하면, 고침렌즈가 자동적으로 진동하게 된다.
또, 관찰장치는 관찰대상물에 광을 조사하는 조명수단과, 조명수단에 의해 관찰대상물을 향하여 광이 조사되었을 때에, 고침렌즈 또는 관찰대상물로부터의 반사광상을 취득하는 화상취득수단과, 화상취득수단에 의해 취득된 반사광상을 해석하는 해석수단을 더 구비하고, 진동제어수단은 해석수단에 의한 반사광상의 해석 결과에 따라, 고침렌즈를 진동시키도록 진동발생수단을 제어해도 된다.
고침렌즈와 관찰대상물이 광학적에 밀착했는지 여부는 관찰대상물을 향하여 광이 조사되었을 때에 얻어지는 고침렌즈 또는 관찰대상물로부터의 반사광상에 근거하여 판단할 수 있다. 따라서, 고침렌즈 또는 관찰대상물로부터의 반사광상을 해석함으로써, 고침렌즈와 관찰대상물과의 광학적 밀착성을 용이하게 검지할 수 있다. 이 때, 고침렌즈와 관찰대상물과의 광학적 밀착성이 양호하지 않다고 해석되면, 고침렌즈가 자동적으로 진동하게 된다.
이 때, 해석수단은 조명수단에 의해 조사되는 광의 입사광량을 취득하는 수단과, 반사광상의 반사광량의 입사광량에 대한 비율을 소정값과 비교하는 수단을 가지고, 진동제어수단은 반사광량의 입사광량에 대한 비율과 소정값과의 비교 결과에 따라, 고침렌즈를 진동시키도록 진동발생수단을 제어하는 것이 바람직하다.
고침렌즈 또는 관찰대상물로부터의 반사광상의 반사광량과 관찰대상물로의 입사광량과의 비율은 고침렌즈와 관찰대상물과의 광학적 결합(에바넷센트 결합) 상태에 따라서 다르다. 예를 들면, 고침렌즈로부터의 반사광상의 반사광량의 입사광량에 대한 비율이 높아질수록 고침렌즈와 관찰대상물과의 광학적 결합이 얻어지기 어려워진다. 따라서, 고침렌즈로부터의 반사광량의 입사광량에 대한 비율이 소정값을 넘어 있을 때, 고침렌즈를 진동시킴으로써, 고침렌즈와 관찰대상물과의 양호한 밀착을 보다 확실히 달성할 수 있다.
본 발명은 고침렌즈와 관찰대상물과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 관찰장치 및 방법으로서 이용 가능하다.

Claims (6)

  1. 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과,
    상기 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침(固浸)렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀더와,
    상기 고침렌즈홀더에 보유 지지된 상기 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고침렌즈를 진동시키도록 상기 진동발생수단을 제어하는 진동제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 관찰대상물로의 상기 고침렌즈의 접촉을 검지하는 접촉검지수단을 더 구비하고,
    상기 진동제어수단은 상기 접촉검지수단에 의해 상기 관찰대상물로의 상기 고침렌즈의 접촉이 검지되었을 때에 상기 고침렌즈를 진동시키도록 상기 진동발생수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 관찰대상물에 광을 조사하는 조명수단과,
    상기 조명수단에 의해 상기 관찰대상물을 향하여 광이 조사되었을 때에, 상기 고침렌즈 또는 상기 관찰대상물로부터의 반사광상을 취득하는 화상취득수단과,
    상기 화상취득수단에 의해 취득된 반사광상을 해석하는 해석수단을 더 구비하고,
    상기 진동제어수단은 상기 해석수단에 의한 상기 반사광상의 해석결과에 따라, 상기 고침렌즈를 진동시키도록 상기 진동발생수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 해석수단은 상기 조명수단에 의해 조사되는 광의 입사광량을 취득하는 수단과, 상기 반사광상의 반사광량의 상기 입사광량에 대한 비율을 소정값과 비교하는 수단을 가지고,
    상기 진동제어수단은 상기 반사광량의 상기 입사광량에 대한 비율과 소정값과의 비교 결과에 따라, 상기 고침렌즈를 진동시키도록 상기 진동발생수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.
  6. 대물렌즈를 포함하는 광학계를 가지고, 관찰대상물을 확대하여 관찰하는 현미경과, 상기 대물렌즈의 광축상에 배치되는 고침렌즈를 보유 지지하는 고침렌즈홀 더와, 상기 고침렌즈홀더에 보유 지지된 상기 고침렌즈를 진동시키는 진동발생수단을 구비하는 관찰장치를 준비하는 공정과,
    상기 진동발생수단에 의해 상기 고침렌즈홀더에 보유 지지된 상기 고침렌즈를 진동시킴과 동시에, 상기 고침렌즈를 상기 관찰대상물에 밀착시키는 공정과,
    상기 고침렌즈가 상기 관찰대상물에 밀착된 후, 상기 현미경에 의해 상기 관찰대상물을 관찰하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 관찰방법.
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